Беседы о Третьем Элементе

В обоих случаях освещенность снаружи, на солнечном свете, оказалась в 20 раз сильнее, чем в комнате, так что, на первый взгляд, с цифрами все в полном порядке. Но заметьте любопытную подробность: черная бумага при свете дня в два раза ярче, чем белая бумага в комнате. Получатся, что если полагаться только на силу светового стимула, то черное может оказаться в два раза ярче белого. Это означает, что невозможно определить природу поверхности, не сравнив ее с фоном и контекстом.

Если в центр поля зрения ганглиарного нейрона с «On» центром попала светлая точка, он не может на нее корректно отреагировать, не сравнив с яркостью периферии, потому что может оказаться, что эта светлая точка, на самом деле, темна относительно окружения. У ганглиарных нейронов с «Off» центром все происходит наоборот: они не могут среагировать на темную точку, не сравнив ее с соседними и не выяснив, темна ли она по сравнению с фоном.

Таким образом, у нас в сетчатке имеется четкое деление на два типа ганглиарных нейронов: одни приспособлены для того, чтобы видеть «Белое», а вторые — чтобы видеть «Черное». Там, где нейроны белого находятся рядом с нейронами черного, пролегает контур, и получается, что он — это единственное, чему мы можем доверять.

Кроме «Черного» и «Белого», большие ганглиарные нейроны черно-белого зрения (магноцеллюляры) способны различать также движение и его направление, которое определяется в зависимости от стороны, на которой резко изменилась засветка рецептивного поля. Каждый нейрон может определять движение с разрешением в 180 градусов, то есть отличать друг от друга два типа движения — с одной стороны и с другой, скажем, справа или слева. Но такие нейроны объединяются в группы, где у всех ось различимости повернута по-разному, и эта группа различает угол движения с 15 различных направлений. Для простоты изложения в дальнейшем будем считать, что магноцеллюляры передают только оттенки «Черного» и «Белого», но для полноты картины я упомянул и об этом.

То, что при изменении освещенности в 20 раз черное становится белым и наоборот, поначалу должно было сводить с ума нашего далекого первичноводного челюстноротого предка, выплывшего 450 миллионов лет назад, в далеком Ордовике на вечернюю прогулку. Каждый пиксель изображения надо было сверять с соседними, чтобы понять в сумраке, можно ли скушать ту черненькую штучку, которая белеет во мраке на камушке, или укусить ее и посмотреть, что будет, или лучше сразу убежать. Причем решать надо быстро, на уровне инстинктов и интуиции. Сложная и чувствительная нейронная сеть, построенная на палочковых рецепторах и иерархии нейронных слоев, позволила ему оперативно и надежно сравнивать относительную освещенность смежных точек изображения и находить контуры вещей, а также моментально определять движение, чтобы вовремя развернуть свою новенькую, блестящую челюсть и цапнуть.

Многослойная нейронная сеть устроена так, что каждый ганглиарный нейрон определяет, видит ли он предназначенное («Белое» или «Черное»), вычисляя баланс возбуждения и торможения элементов своего рецептивного поля. Каждый рецептор может посылать сигналы многим ганглиарным нейронам и каждый ганглиарный нейрон связан со многими рецепторами. Рецептивные поля перекрываются между собой и один и тот же рецептор может возбуждать один ганглиарный нейрон и тормозить другой, в зависимости от своей роли в поле соответствующего нейрона. Характер сообщения определяется не самими нейронами, а связями между ними, то есть синапсами, которые могут быть возбуждающими, а могут — тормозящими.

В «On» клетках засвеченные рецепторы центра рецептивного поля вызывают возбуждение, а засвеченные рецепторы периферии — торможение, и клетка, подобно весам, взвешивает оба воздействия. Если возбуждение центра поля окажется сильнее торможения периферии и разница превысит пороговое значение, то «On» нейрон сообщит, что видит «Белое», а частота импульсов скажет, насколько белый цвет силен. То же самое, только наоборот, происходит с «Off» клетками, в которых рецепторы центра вызывают торможение, а рецепторы периферии — возбуждение. Если перевешивает торможение центра, то нейрон сообщит, что видит «Черное» и даст оценку силе черного цвета.

Система зрения, построенная на палочках, — это чрезвычайно чувствительный и высокотехнологичный прибор ночного видения, основанный на нейросетевых технологиях. Сначала, миллиард лет назад, эволюции пришлось изрядно попотеть, чтобы создать для древних простейших вещество родопсин, чувствительное к той широкой области спектра электромагнитного излучения, которую мы называем видимым светом. Затем в сетчатке рыб были опробованы многослойные нейросети, а в крышу их среднего мозга (Тектум) было добавлено центральное ассоциативное устройство, объединяющее сигналы от разных сенсорных систем с моторикой и создающее единое восприятие образа и действия. И это был, воистину, грандиозный успех Творца!